1.1 Судовые винтовые характеристики
Каждому установившемуся режиму работы энергетической установки соответствует определенная частота вращения грибного винта и потребляемая им мощность. Эти величины связаны закономерностями, вытекающими из взаимодействия главного двигателя, гребного винта и корпуса судна.
Режим работы
гребного винта однозначно определяется
значением его относительной поступи
[1]:
;
(1.1)
где
-
скорость потока воды, набегающей на
винт;
-частота
вращения гребного винта;
- диаметр гребного
винта.
Для изолированных
( работающих в свободной воде) винтов
значение относительной поступи
определяют безразмерные коэффициенты
упора
и момента k2;
; (1.2)
,
где Р и М - соответственно, упор, создаваемый винтом при его вращении,
потребляемый при этом крутящий момент;
- плотность воды.
Значения
и
для винтов конкретной серии определяют
экспериментально в опытовых бассейнах.
КПД винта равен отношению работы перемещения винта к затраченной
. (1.3)
После преобразований с учетом (1.1) и (1.2) выражение для КПД винта примет вид:
*
. (1.4)
Для винта, работающего вблизи корпуса судна, получение зависимости несколько изменяются. В процесс е работы винт отсасывает воду от кормовой части судна, вследствие чего давление воды на нее уменьшается и гребному винту требуется преодолевать сопротивление воды движению судна и дополнительную силу, вызванную перераспределением давления воды на корпус судна. Поэтому эффективный упор, или тяга винта Ре оказывает меньше упора Р. Это уменьшение оценивается коэффициентом засасывания t
=
Р ( 1 – t
) (1.5)
При движении судна возникает попутный поток воды в направлении движения судна.
Скорость
гребного винта, находящегося в попутном
потоке, меньше скорости судна Уменьшение
скорости оценивается коэффициентом
попутного потока
.
=
(
1 -
)
(1.6)
Эффективность комплекса винт-корпус судна оценивается пропульсивным КПД, величина которого отличается от КПД изолированного винта и равна:
=
=
.
(1.7)
На эффективность
работы гребного винта оказывает влияние
неравномерность потока за кормой судна,
которая учитывается коэффициентом
и перо руля, влияние которого учитывается
коэффициентом. Таким образом, пропульсивный
КПД можно определить из выражения:
, (1.8)
где
- коэффициент влияния корпуса, вычисляемый
по формуле
Аналогично понятию коэффициента упора вводится понятие коэффициента эффективного упора или тяги.
. (1.9)
Принято
,
,
представлять графически как функции
в виде кривых действия гребного винта
в свободной воде, а
,
,
в виде кривых действия гребного винта
за кормой судна. На рис. 1 указанные
кривые действия гребного винта совмещены.
Из выражений (1.2)
следует, что каждому постоянному значению
конкретного винта соответствует только
одна характеристика
,
и
.Возможные
в эксплуатации судна значения
,
что то же,
/
определяют поле возможных указанных
характеристик винта. Характеристики
винта строятся либо для
=
const,
либо для
=
const.
Режим совместной работы двигателя и движителя на диаграмме определяется точкой пересечения винтовой характеристики судна и внешней характеристики двигателя. Если на судне используется непрямая передача, то частота вращения вала двигателя отличается от частоты вращения винта. В этом случае удобны не абсолютные, а относительные значения величин, когда номинальные значения принимаются единице (100%), а остальные представляются отношениями их к номинальному значению:
;
;
;
;
.
На рис. 2 приведены
в относительных координатах мощностные
характеристики гребного винта
,
при различных постоянных
и
.
Характеристики, проходящие через точку
А с координатами
=
1 и
,
являются номинальными мощностными
характеристиками (
,
). Характеристики соответствующие
(
,
)
называются швартовыми, а соответствующие
0 <
< 1 или 0 <
< 1 - утяжеленными. Если
> 1 или
> 1, то характеристики называются
облегченными.